前言

随着石油化学工业的发展，易燃易爆、有毒有害气体的种类增多，应用范围扩大。这些气体在生产、储运、使用过程中一旦发生泄漏，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故。及时可靠地监测空气中的危险气体并提前进行预警，减少气体泄漏引发的事故，是避免造成重大财产损失和人员伤亡的必要条件。气体传感器凭借能有效监测环境中的易燃易爆、有毒有害气体成为该领域的研究热点。将气体传感器安装在易燃易爆、有毒有害气体的生产、储运、使用等场所，及时监测气体含量，及早发现泄漏事故，让气体传感器与保护系统联动，使保护系统在气体达到爆炸极限前运作，从而将事故损失控制到最低。

半导体金属氧化物气体传感器具有小巧实用、响应迅速、性能稳定、成本低廉、使用便捷等特点，是目前应用非常广泛的气体传感器。氧化锌（ZnO）是一种重要的N型半导体金属氧化物，具有物理化学性质稳定、无毒无害、价格低廉等优点，是目前用于实验研究及商业应用的主要半导体金属氧化物气体敏感材料。ZnO可用来检测很多具有氧化性或者还原性的有机气体，但在实际应用中被检测气体的浓度值普遍较低，普通ZnO颗粒对微量气体的检测存在着灵敏度低、选择性差、工作温度较高、稳定性差等缺点。

ZnO属于表面吸附控制型机制的气体敏感材料，它的工作原理是通过被吸附的目标气体分子与材料表面的化学吸附氧之间的反应引起器件电阻的变化。因此，ZnO气体敏感材料的微观形貌、表面改性及结构组成对传感器的气敏性能有直接影响。为了改善ZnO的气敏性能，目前的方法主要有：①对ZnO的形貌结构进行调控，即生成分层、空心、多孔结构；②对ZnO进行掺杂、改性、表面修饰等技术处理，以提高气敏元件的电导率，还可以提高稳定性和选择性；③与其他材料构建异质结，从而通过总电阻和势垒高度来改善气敏性能。本书的主要读者为从事传感器相关研究的研究生及工程师。

目前，国内在气体传感器研究方面的科技图书较少，为了提升我国气体传感器的研究及应用水平，同时为广大科研人员及工程技术人员提供有益的参考。本书基于ZnO气敏材料的最新研究进展，并结合笔者最近几年开展的相关研究工作，系统介绍了改善ZnO基气体传感器气敏性能的方法及气敏性能增强机制。本书分为4章，第1章介绍了ZnO的晶体结构、基本性质、ZnO基气体传感器的特征性能等；第2章阐述了ZnO微纳米结构的调控制备方法、生长机理及气敏性能研究；第3章介绍了ZnO的元素掺杂改性及气敏性能增强机制；第4章讲述了ZnO异质复合材料的制备及气敏性能研究。此外，本书每章都将制备的ZnO气敏材料制成气体传感器，然后对其灵敏度、响应恢复时间、稳定性、选择性及抗湿性等进行研究，得到了一些有意义的结果，使读者能在阅读本书的基础上，利用相关方法开展科学研究工作。

本书由重庆工商大学郭威威、陆伟丽编写，郭威威编写了第2—4章，并负责全书的统稿工作；陆伟丽编写了第1章，并负责本书的文字修改工作。此外，本书未能将所有参考文献一一列出，在此对所有参考文献的作者表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者不吝赐教，批评指正。

编者
2021年4月